ISO 26262とは何か - 概要と実践的な視点 - Python転職初心者向けエンジニアリングブログ

ISO 26262とは何か - 概要と実践的な視点

ISO 26262は、自動車の電気・電子システムにおける機能安全を規定する国際規格であり、自動車業界において非常に重要な役割を果たしています。この規格は、開発プロセスにおいて安全を確保するための一連のガイドラインを提供し、システムの設計、実装、テスト、検証にわたる各フェーズに適用されます。

ISO 26262は、事故や故障のリスクを軽減するために、特に「ASIL」（Automotive Safety Integrity Level）と呼ばれる安全レベルの概念を導入しています。このブログ記事では、ISO 26262の基本的な概念から、具体的なコード例を通じて、どのようにソフトウェア開発に組み込むかについて詳しく解説します。

ISO 26262の基本構造

ISO 26262は全10部で構成されており、それぞれが自動車の機能安全に関する異なる側面をカバーしています。主な内容は以下の通りです。

Part 1: Vocabulary
この部分では、ISO 26262に関連する用語とその定義が示されています。
Part 2: Management of functional safety
ここでは、機能安全の管理に関するプロセスや、プロジェクト内でどのように安全を確保するかが説明されています。
Part 3: Concept phase
機能安全の概念フェーズでは、リスクの識別と評価が行われ、ASILの定義が行われます。
Part 4: Product development at the system level
システムレベルでの開発プロセスがカバーされており、システム設計や検証プロセスが重要なポイントになります。
Part 6: Product development at the software level
ソフトウェアレベルでの開発フェーズに関する規定がこの部分にあります。後述するコード例はこの部分に関連します。

ASIL（Automotive Safety Integrity Level）について

ISO 26262では、リスクのレベルを評価するためにASIL（Automotive Safety Integrity Level）という概念が導入されています。ASILは、システムの機能が故障した場合に人命に与える影響の大きさに応じて、以下の4つのレベルに分類されます。

ASIL A（最低レベル）
ASIL B
ASIL C
ASIL D（最高レベル）

ASILの評価は、以下の3つの要素に基づいて行われます。

Severity（影響の重大さ）: システムの故障が引き起こす影響の重大度
Exposure（露出頻度）: 故障が発生する可能性のあるシチュエーションの頻度
Controllability（制御可能性）: ドライバーや乗員がシステムの故障にどれだけ対応できるか

これらを組み合わせて、最終的にASILレベルが決定されます。ASIL Dは最も厳格で、人命に重大な影響を与える可能性があるシステムに適用されます。

ソフトウェア開発におけるISO 26262の適用

ISO 26262のパート6は、ソフトウェア開発における具体的なプロセスを規定しています。この部分では、ソフトウェアの設計からテスト、検証まで、各フェーズで安全を確保するためのガイドラインが提供されています。

ここでは、シンプルなPythonコードを例に、どのようにISO 26262に準拠した形でソフトウェア開発が行われるかを説明します。まず、機能安全を考慮したシンプルなモジュールを設計し、その後テストと検証を行います。

サンプルコード：車両の速度制御システム

以下のコード例では、簡単な車両の速度制御システムを実装しています。このシステムは、入力された目標速度と実際の速度を比較し、適切なスロットル操作を行うことを目的としています。速度制御システムは、安全に重要なシステムの一つであり、ISO 26262におけるASIL CやDのレベルが適用される可能性があります。

class SpeedControlSystem:
    def __init__(self, max_speed):
        self.max_speed = max_speed  # 車両の最大速度
        self.current_speed = 0      # 現在の速度
    
    def set_speed(self, target_speed):
        if target_speed > self.max_speed:
            raise ValueError("設定された速度が最大速度を超えています。")
        elif target_speed < 0:
            raise ValueError("速度は0以上である必要があります。")
        self.current_speed = target_speed
        return self.current_speed
    
    def apply_throttle(self, target_speed):
        if target_speed < self.current_speed:
            return "減速中..."
        elif target_speed > self.current_speed:
            return "加速中..."
        else:
            return "目標速度を維持中..."
    
# システムの最大速度を200km/hに設定
speed_control = SpeedControlSystem(max_speed=200)

try:
    # 目標速度を設定
    speed_control.set_speed(150)
    # 現在の速度と目標速度に基づいてスロットルを操作
    print(speed_control.apply_throttle(180))  # 加速中...
    print(speed_control.apply_throttle(150))  # 目標速度を維持中...
    print(speed_control.apply_throttle(120))  # 減速中...
except ValueError as e:
    print(f"エラー: {e}")

実行結果

加速中...
目標速度を維持中...
減速中...

このコードは、車両の速度を安全に管理するための非常にシンプルな例です。set_speedメソッドでは、目標速度が妥当な範囲内にあるかを確認し、違反している場合はValueErrorを発生させます。これにより、不正な速度設定が行われた場合にエラーハンドリングが可能になります。

また、apply_throttleメソッドでは、現在の速度と目標速度を比較し、スロットルの状態（加速中、減速中、または速度維持中）を返しています。

ISO 26262におけるテストと検証

ISO 26262では、テストと検証のプロセスが非常に重要です。開発したソフトウェアが設計通りに動作し、かつ安全性を確保していることを確認する必要があります。このために、ユニットテストやシステムテストを行うことが求められます。

以下は、先ほどの速度制御システムに対する簡単なユニットテストの例です。テストを通じて、目標速度の設定やスロットル操作が正しく機能することを確認します。

import unittest

class TestSpeedControlSystem(unittest.TestCase):
    
    def setUp(self):
        self.system = SpeedControlSystem(max_speed=200)
    
    def test_set_speed_within_limit(self):
        self.assertEqual(self.system.set_speed(100), 100)
    
    def test_set_speed_exceeding_limit(self):
        with self.assertRaises(ValueError):
            self.system.set_speed(250)
    
    def test_apply_throttle_accelerating(self):
        self.system.set_speed(100)
        self.assertEqual(self.system.apply_throttle(150), "加速中...")
    
    def test_apply_throttle_decelerating(self):
        self.system.set_speed(150)
        self.assertEqual(self.system.apply_throttle(100), "減速中...")
    
    def test_apply_throttle_maintaining(self):
        self.system.set_speed(120)
        self.assertEqual(self.system.apply_throttle(120), "目標速度を維持中...")

if __name__ == "__main__":
    unittest.main()

実行結果

.....
----------------------------------------------------------------------
Ran 5 tests in 0.001s

OK

このテストスクリプトでは、unittestモジュールを使用して、速度制御システムのさまざまなシナリオに対する動作を確認しています。テストケースでは、正常な速度設定、速度超過時のエラー、加速・減速・速度維持のシナリオが含まれています

。

まとめ

ISO 26262は、自動車の機能安全を確保するための非常に重要な規格であり、特に自動車の電気・電子システムにおけるソフトウェア開発では欠かせないものです。今回の記事では、ISO 26262の基本的な概念とその適用方法について、具体的なPythonのコード例を交えて解説しました。

機能安全を考慮したシステムの設計・開発には、多くの手順と検証が必要です。これを怠ると重大な事故につながる可能性があるため、ISO 26262に準拠した開発プロセスをしっかりと構築し、安全なシステムを作ることが求められます。